JP6862338B2 - 二次電池及び複数の二次電池を備えた組電池 - Google Patents
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Description
なお、本明細書において二次電池の上下方向は、図において特定するものとする。
本発明の実施形態1に係る二次電池を、図1と図2に示す。これらの図に示す二次電池1は、幅よりも厚さを小さくした外形の角形電池としている。二次電池1は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等の充放電可能な電池である。特に、二次電池1にリチウムイオン二次電池を使用すると、二次電池全体の体積や質量に対する充電容量を大きくできる特長がある。
二次電池1は、過充電等による熱暴走を回避するため、外装缶11の内部の内圧の上昇に反応して第2の電極端子13Bと電極体15の電気的接続を遮断する電流遮断機構7を備えている。図に示す電流遮断機構7は、二次電池1の内圧が設定圧力よりも高くなると第1の電極端子13Aと封口板12とを短絡させる短絡機構20と、第2の電極端子13Bに接続された集電部材16に設けられたヒューズ部21とを備えている。この電流遮断機構7は、電池の内圧が設定圧力よりも高くなって短絡機構20が短絡する状態で、ヒューズ部21に流れる過電流によってヒューズ部21が溶断されて電流を遮断する。
短絡機構20は、過充電などにより二次電池1の内部圧力が設定圧力より高くなると、短絡を誘導してヒューズ部21に大電流が流れるように機能する。図1と図3の短絡機構20は、封口板12に固定された導電性材料からなる反転板22と、反転板22に対向して封口板12の上面側に配置された金属製の反転板受け部25とを備えている。なお、ヒューズ部21が設けられない場合であっても、短絡機構20が設けられていると更なる過充電の進行は抑制できる。
反転板22は、図1と図3に示すように、溶接などの方法により封口板12に開口された短絡孔12Aに設けられている。この反転板22は、外周縁部が封口板12に電気的に接続されており、中央部が外装缶11の内部に向かって突出する姿勢で湾曲されている。反転板22は、二次電池1に過充電が発生して二次電池1の内部圧力が設定圧力より高くなると、反転されて上に膨らんで、すなわち、電極体15から離れる方向に突出し、反転板受け部25に接触することで短絡を誘発させる。
反転板受け部25は、絶縁部材24を介して封口板12の上面に配置されており、封口板12に対して絶縁状態とされている。この反転板受け部25は、第1の電極端子13Aと電気的に接続されている。図3に示す反転板受け部25は接続プレート23を含み、具体的には、接続プレート23の一部に開口された貫通孔23aに、第1の電極端子13Aを挿通させて、この第1の電極端子13Aを介して集電部材16に連結している。図3に示す第1の電極端子13Aは、ロッド部28Aの一端に鍔部28Bを有する接続部材28としている。この接続部材28は、ロッド部28Aが、接続プレート23、絶縁部材24、封口板12、ガスケット17、及び集電部材16を貫通する状態でこれ等に挿通されており、鍔部28Bを接続プレート23の上面に当接させると共に、ロッド部28Aの先端部をカシメ加工して接続プレート23を集電部材16に電気接続している。このように、接続プレート23、絶縁部材24、封口板12、ガスケット17、及び集電部材16をまとめて接続部材28でカシメ固定する構造は、封口板表面からの突出高さを小さくして電池の高さを低くできる。なお、接続プレート23は、金属製であることが好ましい。例えば、接続プレート23はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金製とすることが好ましい。特に、接続プレート23は、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。接続プレート23が銅又は銅合金製の場合は、表面にメッキを施すことが好ましい。
ヒューズ部21は、短絡機構20の短絡状態において、電池内に流れる過電流によって生じる熱で溶融されて切断される部位であって、短絡時における電流の導通経路に設けられている。図1に示すヒューズ部21は、第2の電極端子13Bに接続された集電部材16に設けている。集電部材16に形成されるヒューズ部21は、短絡機構20の短絡状態において、集電部材16に流れる過電流で溶断される構成としている。図1に示すヒューズ部21は、集電部材16に開口されたヒューズ孔21Aにより形成されており、具体的には、ヒューズ孔21Aの両側に形成された接続部21Bにより構成されている。この接続部21Bは、ヒューズ孔21Aの開口によって断面積が小さくなる部位であって、電気抵抗が局部的に大きくなることにより、二次電池1の短絡時に流れる大電流で生じる熱によって溶融されて電流を遮断するヒューズとして機能する。このヒューズ部21は、ヒューズ孔21Aが形成された領域において、接続部21Bが溶融されて切断されることにより、電気的に分離されて電流を遮断する。このヒューズ部21は、図1に示すように、外装缶11に収納される電極体15よりも上部領域であって、電極端子13よりも外側の領域に配置される。
さらに、図に示す二次電池1は、反転板受け部25が第1の出力端子31を有する。第1の出力端子31は、接続プレート23を介して、第1の電極端子13Aに電気接続されている。図1と図3に示す第1の出力端子31は、ボルト部33Aの後端に頭部33Bを有するボルト33で、ボルト部33Aを上向きの姿勢として接続プレート23に貫通させている。接続プレート23は、ボルト部33Aを挿通するための挿通孔23bを開口しており、さらに、この挿通孔23bの下側開口部にはボルト33の頭部33Bを嵌合させる嵌合凹部23cを形成している。ボルト33は、図2に示すように、頭部33Bの外形を多角形状(図においては六角形)としており、嵌合凹部23cの内形をこの頭部33Bの外形に沿う形状として頭部33Bを嵌合構造で固定できるようにしている。なお、頭部33Bの平面視の形状を多角形状とすることにより、ボルト33を空転させることなくナット9を締め付けできる。なお、頭部33Bの平面視の形状を円形とすることもできる。頭部33Bの平面視の形状を円形とする場合は、ボルト33を接続プレート23の挿入孔23bに圧入し、ボルト33を接続プレート23に固定することが好ましい。ボルト33は、ボルト部33Aを挿通孔23bに圧入して抜けないように固定し、あるいは、頭部33Bを嵌合凹部23cに圧入して外れないように固定し、あるいは頭部33Bをかしめて圧着して固定し、あるいはまた接着や溶着して固定することができる。なお、第1の出力端子31は金属製であることが好ましい。第1の出力端子31の材質は、特に限定されないが、接続プレート23を構成する材料よりも導電性の低い材料を用いることもできる。
さらに、反転板受け部25と集電部材16との接続は、図5と図6に示す構造とすることもできる。図5に示す第1の電極端子13Aは、ロッド部28Aの一端に設けた鍔部を絶縁部材24の内形に沿う角形の端子板28Cとしており、この端子板28Cの外側面に反転板受け部25である接続プレート23を面接触状態で連結する構造としている。この接続部材28は、ロッド部28Aが、絶縁部材24、封口板12、ガスケット17、及び集電部材16を貫通する状態でこれ等に挿通されている。さらに、接続部材28は、端子板28Cを絶縁部材24の上面に当接させた状態で、ロッド部28Aの先端部をカシメ加工して端子板28Cを集電部材16に電気接続すると共に、端子板28Cを絶縁部材24の表面に配置している。さらに、接続部材28は、接続プレート23を連結するための連結凸部28Dを外側面から突出して設けている。接続プレート23は、連結凸部28Dと対向する位置に連結孔23dを開口しており、この連結孔23dに連結凸部28Dを嵌入させることで接続プレート23を端子板28Cの定位置に連結できるようにしている。この二次電池1は、その製造工程において、端子板28Cを備える接続部材28を介して集電部材16を封口板12に固定すると共に、集電部材16を外装缶11に収納して封口板12で閉塞した後、接続プレート23を端子板28Cに接続できる。このため、用途に応じてボルト33の形状変更を容易にできる特徴がある。なお、この例では、接続部材28と接続プレート23を銅材とし、ボルト33をメッキした鉄製とすることで、良好な接続が可能となる。
さらに、ボルト33の頭部33Bを厚く成形して、反転板22と対向する位置に配置する構造は、図7と図8に示すように、頭部33Bの形状を種々に変更して反転板22との接触抵抗や導通抵抗を小さくすることができる。
さらに、反転板受け部25は、図9に示すように、第1の電極端子13Aである接続部材28と接続プレート23とを一体的に形成することもできる。この反転板受け部25は、絶縁部材24を介して封口板12の上面に配置される接続プレート23を接続部材28の端子板28Cに兼用して、この接続プレート23から下方に突出するロッド部28Aを一体的に成形している。この構造は、接続プレートと接続部材とを一体化することで、異種金属の接合のような接触抵抗を生じさせることなく低抵抗にでき、しかも、部品点数を削減できる特徴が実現できる。
さらに、反転板受け部25は、図10ないし図12に示す構造で封口板12の定位置に配置することもできる。図10ないし図12に示す例では、反転板22の上面に、樹脂等の絶縁材で成形された絶縁ホルダー50を配置している。図10と図11に示す絶縁ホルダー50は、反転板22と対向する部分にプレート部50Aを備えており、このプレート部50Aにはボルト33の一部を挿入する貫通孔50aを開口している。さらに、絶縁ホルダー50は、接続部材28と対向する部分には開口部50Bを設けている。そして、この開口部50B内に接続部材28と絶縁部材24とが配置されている。この構造の絶縁ホルダー50は、開口部50Bに接続部材28及び絶縁部材24を配置する状態で、封口板12の上面の定位置に配置される。さらに、図に示す絶縁ホルダー50は、上面の周囲に周壁50Cを設けており、この周壁50Cの内側に接続プレート23を嵌合させて定位置に配置できるようにしている。
さらに、図1と図2に示す二次電池1は、第2の電極端子13Bに接続される電極体15からの出力を外部に出力するための第2の出力端子32も備えている。第2の出力端子32は、導電プレート26に固定されており、導電プレート26を介して、第2の電極端子13Bに電気接続されている。図1と図2に示す第2の出力端子32は、前述の第1の出力端子31と同様の構造としている。すなわち、第2の出力端子32は、ボルト部33Aの後端に頭部33Bを有するボルト33で、ボルト部33Aを上向きの姿勢として導電プレート26に貫通させている。導電プレート26は、ボルト部33Aを挿通するための挿通孔を開口しており、さらに、この挿通孔の下側開口部にはボルト33の頭部33Bを嵌合させる嵌合凹部を形成している。このボルト33も、頭部33Bを嵌合凹部に圧入して外れないように固定し、あるいは接着や溶着して固定することができる。また、ボルト33も、頭部33Bの外形を多角形状とし、嵌合凹部の内形をこの頭部33Bの外形に沿う形状として頭部33Bを嵌合構造で固定することもできる。
組電池10は、図13に示すように、複数の二次電池1と、複数の二次電池1同士を積層する面に介在させて、二次電池1間を絶縁するセパレータ2と、複数の二次電池1とセパレータ2を交互に積層した電池積層体5の積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート3と、電池積層体5の側面に配置され、エンドプレート3同士を締結する金属製の複数の締結部材4とを備えている。
セパレータ2は、樹脂等の絶縁部材で作製されており、隣接する二次電池1を電気的に絶縁している。なお、組電池は、必ずしも二次電池の間にセパレータを介在させる必要はない。例えば二次電池の外装缶を樹脂等の絶縁材で成形し、あるいは二次電池の外装缶の外周を熱収縮チューブや絶縁シート、絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する二次電池同士を絶縁することによって、セパレータを不要とできる。
エンドプレート3は、十分な強度を発揮する材質、例えば金属製とする。ただ、エンドプレートは、材質を樹脂製とすることや、さらに、この樹脂製のエンドプレートを金属製の材質からなる部材で補強して構成しても良い。
締結部材4は、所定の厚さを有する金属板を折曲して所定の形状に加工してなるバインドバーとしている。このようなバインドバーは、十分な強度を有する材質、例えば、アルミニウムや鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。このように、金属板を折曲したバインドバーを締結部材4とすることで、安価に構成できる。
2…セパレータ
3…エンドプレート
4…締結部材
5…電池積層体
6…バスバー
7…電流遮断機構
9…ナット
10…組電池
11…外装缶
12…封口板
12A…短絡孔
13…電極端子
13A…第1の電極端子
13B…第2の電極端子
14…ガス排出弁
15…電極体
16…集電部材
17…ガスケット
19…注液部
20…短絡機構
21…ヒューズ部
22…反転板
23…接続プレート
23a…貫通孔
23b…挿通孔
23c…嵌合凹部
23d…連結孔
24…絶縁部材
25…反転板受け部
26…導電プレート
28…接続部材
28A…ロッド部
28B…鍔部
28C…端子板
28D…連結凸部
31…第1の出力端子
32…第2の出力端子
33…ボルト
33A…ボルト部
33B…頭部
33C…凸部
33a…凹部
33b…凸部
50…絶縁ホルダー
50A…プレート部
50B…開口部
50C…周壁
50D…プレート部
50a…貫通孔
50b…段差凹部
50c…凹部
50d…貫通孔
106…バスバー
109…ナット
101…二次電池
111…外装缶
112…封口板
113…電極端子
115…電極体
116…集電板
118…固定部材
121…ヒューズ部
122…反転板
123…接続プレート
124…絶縁部材
Claims (21)
- 正極及び負極を含む電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収納する外装缶と、
前記外装缶の開口を閉塞する封口板と、
前記電極体に電気接続され、前記封口板に取り付けられた一対の電極端子と、
第1のボルト部と、前記第1のボルト部の一方端部側に設けられた第1の頭部を有し、バスバーとナットとが連結される第1のボルトと、を備える二次電池であって、
前記一対の電極端子は、前記封口板から絶縁された第1の電極端子と、前記封口板に電気接続された第2の電極端子とを備え、
該二次電池の内圧が設定圧力よりも高くなると前記第1の電極端子と前記封口板とを短絡させる短絡機構を備えており、
前記短絡機構は、前記封口板に固定されて、前記外装缶内の圧力が設定圧力よりも高くなると作動する導電性の反転板と、前記反転板に対向して前記封口板の上面側に配置された反転板受け部とを備えており、
前記反転板受け部は、前記第1のボルトを含み、
前記第1のボルトは、前記封口板と電気的に絶縁されており、
前記第1のボルトは、前記第1の電極端子に電気接続されると共に、前記第1の電極端子から離間して配置され、
前記反転板の上方には絶縁ホルダーが配置され、
前記絶縁ホルダーに設けられた貫通孔の上部に第1の凹部が設けられ、
前記第1の凹部内に前記第1の頭部が配置され、
前記貫通孔に前記第1のボルトの一部が挿入され、前記絶縁ホルダーの下面側に前記第1のボルトが表出した二次電池。 - 前記封口板と前記第1の電極端子の間に配置され、前記封口板と前記第1の電極端子を絶縁する絶縁部材を備え、
前記絶縁部材は、前記絶縁ホルダーとは別々の部品である、
請求項1に記載の二次電池。 - 前記絶縁ホルダーに設けられた貫通孔の下部に第2の凹部が設けられ、
前記第1のボルトの一部は、前記貫通孔を貫通し、前記第2の凹部の底面より前記反転板側に突出した、
請求項1又は2に記載の二次電池。 - 前記反転板受け部は、前記第1の電極端子と前記第1のボルトを繋ぐ第1の接続プレートを含み、
前記第1のボルトは、前記第1の接続プレートに設けられた挿通孔に挿入された、
請求項1ないし3のいずれかに記載の二次電池。 - 前記第1の接続プレートは、前記挿通孔の下端側に前記第1の頭部を嵌合させる嵌合凹部を備える、
請求項4に記載される二次電池。 - 前記第1のボルトは、前記挿通孔または前記嵌合凹部に圧入されて前記第1の接続プレートに固定された、
請求項5に記載される二次電池。 - 前記第1のボルトは、前記反転板と対向する位置に配置されており、前記反転板が作動したとき、前記反転板が前記第1の頭部に接触する、
請求項1ないし6のいずれかに記載の二次電池。 - 前記第1の頭部は、前記反転板との対向面に凹部を備える請求項7に記載の二次電池。
- 前記第1の頭部は、前記反転板との対向面に環状の凸部を備える、
請求項7に記載の二次電池。 - 前記第2の電極端子に電気接続された第2のボルトを備えており、
前記第2のボルトが、前記封口板の上面側に配置される第2の導電プレートを介して前記第2の電極端子に接続されると共に、前記第2の電極端子から離間して配置された、請求項1ないし9のいずれかに記載される二次電池。 - 前記第1のボルトと前記第2のボルトが対称の位置に配置された、
請求項10に記載される二次電池。 - 前記第2のボルトが、第2のボルト部と前記第2のボルト部の一方端側に設けられた第2の頭部を有し、前記第2のボルトは、前記第2の導電プレートに設けられた挿通孔に挿入された、
請求項10または11に記載される二次電池。 - 請求項1から12のいずれかに記載の二次電池を複数個備えた、
組電池。 - 正極及び負極を含む電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収納する外装缶と、
前記外装缶の開口を閉塞する封口板と、
前記電極体に電気接続され、前記封口板に取り付けられた一対の電極端子と、
ボルト部と、前記ボルト部の一方端部側に設けられた頭部とを有し、ナットとバスバーとが連結されるボルトと、を備える二次電池であって、
前記一対の電極端子は、前記封口板から絶縁された第1の電極端子と、前記封口板に
電気接続された第2の電極端子とを備え、
該二次電池の内圧が設定圧力よりも高くなると前記第1の電極端子と前記封口板とを短絡させる短絡機構を備えており、
前記短絡機構は、前記封口板に固定されて、前記外装缶内の圧力が設定圧力よりも高くなると作動する導電性の反転板と、前記反転板に対向して前記封口板の上面側に配置された反転板受け部とを備えており、
前記反転板受け部は、前記ボルトを含み、
前記ボルトは、前記封口板と電気的に絶縁されており、
前記ボルトは、前記第1の電極端子に電気接続されると共に、前記第1の電極端子から離間して配置され、
前記反転板の上方には絶縁ホルダーが配置され、
前記絶縁ホルダーに設けられた貫通孔の下部に凹部が設けられ、
前記ボルトの一部は、前記貫通孔を貫通し、前記凹部の底面より前記反転板側に突出した二次電池。 - 前記封口板と前記第1の電極端子の間に配置され、前記封口板と前記第1の電極端子を絶縁する絶縁部材を備え、
前記絶縁部材は、前記絶縁ホルダーとは別々の部品である、
請求項14に記載の二次電池。 - 前記反転板受け部は、前記第1の電極端子と前記ボルトを繋ぐ接続プレートを含み、
前記ボルトは、前記接続プレートに設けられた挿通孔に挿入された、
請求項14又は15に記載の二次電池。 - 請求項14ないし16のいずれかに記載の二次電池を複数個備えた、
組電池。 - 正極及び負極を含む電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収納する外装缶と、
前記外装缶の開口を閉塞する封口板と、
前記電極体に電気接続され、前記封口板に取り付けられた一対の電極端子と、
バスバーとナットとが連結されるボルトと、を備える二次電池であって、
前記一対の電極端子は、前記封口板から絶縁された第1の電極端子と、前記封口板に電気接続された第2の電極端子とを備え、
該二次電池の内圧が設定圧力よりも高くなると前記第1の電極端子と前記封口板とを短絡させる短絡機構を備えており、
前記短絡機構は、前記封口板に固定されて、前記外装缶内の圧力が設定圧力よりも高くなると作動する導電性の反転板と、前記反転板に対向して前記封口板の上面側に配置された反転板受け部とを備えており、
前記第1の電極端子と前記ボルトに接続された接続プレートを備え、
前記封口板の長手方向において、前記反転板の中心と、前記ボルトの中心軸がずれて配置され、
前記反転板が反転した際、前記反転板は前記接続プレートに接触する二次電池。 - 前記ボルトは、ボルト部と前記ボルト部の一方端部側に設けられた頭部を有する、
請求項18に記載の二次電池。 - 前記接続プレートに設けられた挿通孔の下端側に前記頭部を嵌合させる嵌合凹部を備える、
請求項19に記載される二次電池。 - 請求項18ないし20のいずれかに記載の二次電池を複数個備えた、
組電池。
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